电子发烧友网>可编程逻辑> > 正文

使用莱迪思Automate解决方案集合实现具有预测性维护功能的电机控制

2021年09月30日 10:13 ? 次阅读

工业设备市场的许多企业都希望采用人工智能和机器学习技术帮助他们最大程度减少意外的服务中断,防止其产品、产线和服务受到影响。这种想法的缘由显而易见:减少意外停机时间能够提升运营效率,实现效益最大化。市场分析公司Aberdeen在2016年发布的一份研究报告表明,企业停摆一小时的平均成本高达26万美元1。OEM可以通过为工业系统增加测量和分析性能数据的智能功能,帮助客户实施预测性维护(PDM)系统,从而识别和更换故障的系统组件(例如工业机器人中使用的电机),以免它们出现故障而中断生产。

为了帮助工业设备OEM厂商在其产品中实现PDM功能,莱迪思半导体开发了用于工业自动化系统的莱迪思AutomateTM解决方案集合。莱迪思提供各类低功耗FPGA,作为一种可重新编程的芯片,它可执行数据处理或协处理功能,构建用于PDM应用的AI/ML推理模型。为简化和加快基于莱迪思FPGA的PDM系统的开发,Automate包括了软件工具、工业IP核、模块化硬件开发板、软件可编程的参考设计和演示,轻松设计具有PDM功能、可扩展的多通道电机控制应用。图1展示了基于莱迪思Automate 解决方案集合设计的具有预测性维护功能的电机控制系统。

pYYBAGFSeoGAczLyAALBCcchKtg913.png

图1. 基于莱迪思Automate 解决方案集合设计的具有预测性维护功能的电机控制系统,可用于工业自动化应用

Automate包括了一个PDM多通道电机控制参考设计,采用了业界常见的电机电流信号分析(MCSA)技术。在莱迪思的解决方案中,克拉克变换将来自三相电机的电流转换为两个信号。转换后的电流变成α电流和β电流。对于正常运行的健康电机来说,α电流和β电流相隔90度。在 x-y坐标系平面中,点的轨迹构成一个圆。在下文中,我们将展示电流或负载不平衡引起的各种轨迹圆的变形。

本文使用了在FPGA的RTL中实现的无传感器空间矢量脉宽调制(SV_PWM)技术来驱动一个三相无刷直流(BLDC)电机。SV_PWM控制信号驱动Trenz TEP0002电机驱动板,该开发板实现了霍尔电流传感器,并连接电机以检测电机绕组电流。板载ADC将霍尔电流传感器的输出数字化,因此该参考设计可以读取和控制用于电机控制和PDM的 ADC。电流以每秒0.8 MS/s的速率进行采样。

使用克拉克变换(方程 1)将三相(A、B和C)电流(图 2)转化为α电流和β电流,如图3所示。

图3. 克拉克变换的输出Iα and Iβ

观察Iα和Iβ可以发现它们类似于cos和sin函数。事实上,当它们在x-y坐标平面上绘制函数图像时,结果就是一个圆(图 4)。

?

?

该参考设计可以对固定的轴旋转次数采集电机绕组电流快照(默认为50转的快照)或用户选择更长时间段内的绕组电流快照。在应用克拉克变换之前,电机电流的信号处理包括峰值检测和归一化以及移动平均滤波器。这种自适应的功能适用于各类电机和各种功耗级别的PDM。

莱迪思Automate解决方案集合的PDM解决方案包括了一种专有算法,该算法将圆的数据(如图6所示)折叠为一个具有更高特征集中度的较小的数据集,之后才使用PDM AI引擎对其进行处理。PDM AI引擎已经使用包括正常的和不正常的电机数据在内的10000多个模型进行了训练。

不正常的电机数据类型1——绕组电流较高

该类数据集代表了由于电机绕组过热或烧毁造成的早期电机故障。通常情况下,由于制造公差或电机驱动器故障,一个绕组会先于其他两个绕组发生故障。将电阻分别与两个“正常的”绕组串联,可以很好地模拟这种故障模式。图5显示了模拟绕组A中“短路”的情况。图6展示了这种情况下产生的折叠图像和原始图像。该圆已变形为长轴在x轴上的椭圆。表1总结了三个电机绕组高电流导致的变形。

pYYBAGFSfxGANFoOAAAu3e2Hhhg901.png

图5. 电机绕组A的高电流

pYYBAGFSfxiAQFlOAACfXg1ceOE277.png

图6. 绕组A电流较高情况下电机的PDM图像(Bad_Robot_D.jpg)

表1. 电机绕组短路时的PDM图像总结

不正常的电机数据类型2——绕组电流较低

有几种情况会导致单个绕组电流过低。例如,大功率电机中的连接部分可能会被腐蚀或有松动,从而导致在电流到达电机绕组之前I-R电压下降。此外,其中两个绕组可能会先于第三个绕组出现故障,或者电机驱动在其中一相变弱。同样,我们可以将一个电阻与“不正常的”电机绕组串联来模拟这种故障,如图7所示。图8表明圆发生变形,变为长轴在135度的椭圆。表2总结了三个电机绕组低电流导致的变形。

pYYBAGFSf12ACndYAAA1UCCYOms849.png

图7. 电机绕组B阻抗增大

poYBAGFSf2SAEYJfAAD5XDY6gOw476.png

图8. 绕组B电流较低情况下电机的PDM图像(Bad_Robot_B.jpg)

表2. 电机绕组低电流下的PDM图像总结

不正常的电机数据类型3——负载不平衡

第三类故障同样使用MCSA来检测电机上机械负载的不平衡。出现负载不平衡时,转动惯量不均匀并围绕转子轴摆动(类似于陀螺在倒地前的摆动)。当转动惯量绕电机轴摆动时,绕组或多或少地会消耗更多与摆动同步而非与电机转速同步的电流。为了模拟这种情况,可以将一个不平衡的惯性轮固定在电机轴上,并在电机达到运行速度后采集数据。图9显示了负载不平衡的电机的PDM图像。电源管理有问题也可能导致相同类型的图像。

pYYBAGFSf52ARG6gAAJLtETCwh8689.png

图9. 安装了不平衡的惯性轮的电机PDM图像

正常的电机数据——负载平衡电流平衡

那么正常电机的运行特征是如何呢?图10展示了未连接任何电阻而是一个平衡的惯性轮的电机的PDM图像。在60°、170°和290°(大约相隔120°)方向与完美的圆有一些细微的偏差。这是SV_PWM从一相转换到下一相重叠的结果。

pYYBAGFSf6-AaO2JAAEVO7QhxG0871.png

图10. 电流和负载都平衡时的电机PDM图像

结论

用于工业电机控制系统的预测性维护功能通过最大程度减少意外故障导致的系统停摆,极大降低了运营成本。莱迪思Automate 解决方案集合拥有快速轻松实现PDM所需的硬件和软件工具,并使用行业标准的MCSA解决方案,为许多工业应用(包括机器人)中常用的BLDC电机保驾护航。

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播

电子发烧友观察

一线报道 · 深度观察 · 最新资讯
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

大华深度学习的视频动作检测技术赋能千行百业

近日,大华股份基于深度学习的视频动作检测技术,在计算机视觉顶级会议ICCV-2021 DeeperA....
发表于 2021-09-30 17:06? 76次阅读
大华深度学习的视频动作检测技术赋能千行百业

依托战略性的端到端供应链策略提升产品价值

全球半导体市场关注的焦点莫过于“芯片荒”问题。严重的缺货已经打破了正常的生产节奏,持续困扰着各行各业....
发表于 2021-09-30 16:24? 138次阅读
依托战略性的端到端供应链策略提升产品价值

领先存储提供商加入Graphcore合作伙伴计划

DDN、Pure Storage、Vast Data和WekaIO将提供符合Graphcore标准的....
发表于 2021-09-30 16:19? 44次阅读
领先存储提供商加入Graphcore合作伙伴计划

安富利:论抗疫持久战之“云”经济

大量数字化、智能化服务和场景需求更是呈现爆发式增长。除了电子商务在疫情期间充满活力,包括在线教育、远....
发表于 2021-09-30 16:04? 48次阅读
安富利:论抗疫持久战之“云”经济

新时达(STEP)公司选择莱迪思FPGA 实现...

莱迪思半导体今日宣布上海新时达电器股份有限公司(STEP)选择莱迪思低功耗FPGA器件为其最新的伺服....
发表于 2021-09-30 15:48? 24次阅读
新时达(STEP)公司选择莱迪思FPGA  实现...

旷视开源自主研发 AI 框架助力传统行业实现数字...

如今,开源已成为推动全球 AI 技术创新的重要驱动力,无论是硬件、软件、操作系统还是算法,都在积极拥....
发表于 2021-09-30 15:25? 144次阅读
旷视开源自主研发 AI 框架助力传统行业实现数字...

BananaPi BPI-M2S 采用Amlogic A311D,NPU for AI 支持 5.0 TOPS算力,板载4G内存和16gb eMMC存储

? BananaPi BPI-M2S 是香蕉派开源社区2021新设计的一款单板计算机,采用Amlogic A311D四核ARM Cortex-...
发表于 2021-09-30 14:37? 0次阅读
BananaPi BPI-M2S 采用Amlogic A311D,NPU for AI 支持 5.0 TOPS算力,板载4G内存和16gb eMMC存储

BananaPi BPI-M2S 是新设计的一款单板计算机,采用Amlogic A311D,NPU for AI 支持 5.0 TOPS算力,板载4G内存和16gb eMMC存储

? BananaPi BPI-M2S 是香蕉派开源社区2021新设计的一款单板计算机,采用Amlogic A311D四核ARM Cortex-...
发表于 2021-09-30 12:41? 0次阅读
BananaPi BPI-M2S 是新设计的一款单板计算机,采用Amlogic A311D,NPU for AI 支持 5.0 TOPS算力,板载4G内存和16gb eMMC存储

华为发布全新升级CloudWAN 3.0云广域网...

面对这些新的趋势和挑战,华为发布了全新升级的CloudWAN 3.0云广域网解决方案,基于IPE(I....
发表于 2021-09-30 11:18? 239次阅读
华为发布全新升级CloudWAN 3.0云广域网...

华为开创业界首个公共多样性算力服务平台集群计算解...

在华为全联接2021上,华为首次从数字基础设施全视角,展现多领域的创新突破,发布多款业界首创及影响未....
发表于 2021-09-30 10:55? 249次阅读
华为开创业界首个公共多样性算力服务平台集群计算解...

IBM GarageTM 助力日丰实现智能节流升...

中国在努力践行碳达峰和碳中和的道路上前进。在此背景下,中国企业面临挑战,同时拥有百年未有之大变局的机....
发表于 2021-09-30 10:46? 182次阅读
IBM GarageTM 助力日丰实现智能节流升...

豪威集团荣获维科杯·OFweek 2021物联网...

为鼓励在物联网产业和人工智能技术领域做出杰出贡献的企业和个人,大会还同期举办了“维科杯·OFweek....
发表于 2021-09-30 10:41? 165次阅读
豪威集团荣获维科杯·OFweek 2021物联网...

CC6902线性电流传感器有哪些应用

CC6902是什么? CC6902线性电流传感器有哪些特性? CC6902线性电流传感器有哪些应用? ...
发表于 2021-09-30 08:40? 0次阅读
CC6902线性电流传感器有哪些应用

VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门(六)

VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门标定功能示例篇
发表于 2021-09-29 18:06? 16次阅读
VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门(六)

VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门(七)

使用ZDevelop软件实现一维码和二维码的识别功能
发表于 2021-09-29 18:05? 13次阅读
VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门(七)

捷报频传:亿达信息荣膺“2021数字化运营服务领...

9月29日,由赛迪网、《数字经济》杂志主办的2021(第四届)行业信息化技术创新发展峰会在京召开。会....
发表于 2021-09-29 17:50? 40次阅读
捷报频传:亿达信息荣膺“2021数字化运营服务领...

基于Cortex-M7内核的STM32H725A...

本开发板将用于此次ST端侧人工智能之视觉检测线下实训 特性 基于Cortex-M7内核的STM32H....
发表于 2021-09-29 16:24? 127次阅读
基于Cortex-M7内核的STM32H725A...

纸张表面瑕疵在线检测仪的原理及参数

人工智能的美好愿望已经存在数十年了,即使是在今天,科学家、发明家、工程师等仍在继续研究会“学习”的人....
发表于 2021-09-29 16:08? 12次阅读
纸张表面瑕疵在线检测仪的原理及参数

Arm DevSummit 2021报名开启,相...

10 月 6 日起,与会者即可在技术中心抢先观看70余场讨论会,内容囊括5G专网、机器学习、云原生、....
发表于 2021-09-29 11:42? 527次阅读
Arm DevSummit 2021报名开启,相...

什么是数据挖掘它能给企业带来什么

数据挖掘是指通过大量的程序,通过数据分析确定趋势和模式,建立关系,从而解决业务问题。换句话说,数据挖....
发表于 2021-09-29 11:39? 19次阅读
什么是数据挖掘它能给企业带来什么

瓴盛科技迎新战略投资者 携手小米赋能产业发展

瓴盛科技成立于2018年,公司致力于成为全球领先的半导体企业,以持续创新的移动计算平台,构建移动互联....
发表于 2021-09-29 11:38? 413次阅读
瓴盛科技迎新战略投资者 携手小米赋能产业发展

迎风起“5”!移远通信亮相中国国际信息通信展览会

移远通信携更新潮的物联网模组、天线产品,以及前沿的客户终端盛装亮相3359号展台,多维度呈现了移远在....
发表于 2021-09-29 11:01? 852次阅读
迎风起“5”!移远通信亮相中国国际信息通信展览会

eFPGA能针对特定子市场或相邻市场量身打造So...

嵌入式FPGA (eFPGA)由于可为人工智能(AI)工作负载提供支持与灵活度,这项业务正开始掀起波....
发表于 2021-09-28 17:50? 346次阅读
eFPGA能针对特定子市场或相邻市场量身打造So...

灵动微32位单片机MM32F0010A6T介绍

灵动微MM32F0010A6T采用内核M3的高性能32位单片机,工作频率最高可达48兆赫兹,内置高速....
发表于 2021-09-28 16:54? 18次阅读
灵动微32位单片机MM32F0010A6T介绍

聚焦华南工博会 橙色云助力中国智造澎湃向前

2021年9月27日,华南工博会在深圳国际会展中心盛大开幕,橙色云作为工业互联网领域的领军者,携工业....
发表于 2021-09-28 15:07? 4326次阅读
聚焦华南工博会 橙色云助力中国智造澎湃向前

工业机器人焊接实操工作站有哪些特点

ZNL-HJ06型工业机器人焊接实操工作站是什么? ZNL-HJ06型工业机器人焊接实操工作站有哪些特点? ...
发表于 2021-09-28 07:39? 0次阅读
工业机器人焊接实操工作站有哪些特点

工业机器人模块化教学工作站是什么

ZNT-MK01工业机器人模块化教学工作站是什么? ZNT-MK01工业机器人模块化教学工作站有哪些技术性能? ...
发表于 2021-09-28 07:35? 0次阅读
工业机器人模块化教学工作站是什么

ZN-MPS03型柔性自动化生产线及工业机器人应用实训系统是什么

ZN-MPS03型柔性自动化生产线及工业机器人应用实训系统是什么? ZN-MPS03型柔性自动化生产线及工业机器人应...
发表于 2021-09-27 07:12? 0次阅读
ZN-MPS03型柔性自动化生产线及工业机器人应用实训系统是什么

ZN-MPS05型模块式工业机器人柔性自动化生产线实训系统是什么

ZN-MPS05型模块式工业机器人柔性自动化生产线实训系统是什么? ZN-MPS05型模块式工业机器人柔性自动化生产...
发表于 2021-09-27 06:55? 0次阅读
ZN-MPS05型模块式工业机器人柔性自动化生产线实训系统是什么

立即预约参与 | 研扬智能边缘计算线上研讨会-华...

华为昇腾计算提供了全栈AI计算基础设施、行业应用及服务,是中国人工智能最炙手可热的解决方案之一。研扬....
发表于 2021-09-26 18:33? 123次阅读
立即预约参与 | 研扬智能边缘计算线上研讨会-华...

未来“智造业”微循环的关键 中国工业机器人产业加...

还记得那个首次植入心跳模块的仓储机器人吗?2019,由广东嘉腾机器人自动化有限公司研发的机器人心跳系....
发表于 2021-09-26 14:53? 212次阅读
未来“智造业”微循环的关键 中国工业机器人产业加...

华为欧拉发布会直播在哪看

华为欧拉发布会直播大家可以通过华为云官网进行观看直播。9月25日,华为通过线上平台正式发布了新一代o....
发表于 2021-09-26 09:32? 1311次阅读
华为欧拉发布会直播在哪看

北鲲云超算平台在云计算领域的应用

当今全球云计算的计算能力正在飞速发展,这与处理器、编译器和软件等多方面综合因素是密不可分的。近几年,....
发表于 2021-09-26 09:30? 39次阅读
北鲲云超算平台在云计算领域的应用

模块式柔性环形自动生产线及工业机器人应用实验系统简介

ZNJS-3型模块式柔性环形自动生产线及工业机器人应用实验系统有哪些功能? ZNJS-3型 模块式柔性环形自动生产线...
发表于 2021-09-26 06:18? 0次阅读
模块式柔性环形自动生产线及工业机器人应用实验系统简介

数据编排支持人工智能(AI)的下一步发展

深度学习的快速发展给大规模实现该技术所需的硬件架构带来了巨大压力。尽管由于意识到性能是一个绝对要求,....
发表于 2021-09-24 16:14? 3123次阅读
数据编排支持人工智能(AI)的下一步发展

如何使用 TensorFlow Serving ...

随着互联网的发展和人工智能的进步,各个厂家都开始针对性的向用户推荐自己的内容,这些内容包括了文章、视....
发表于 2021-09-24 15:01? 117次阅读
如何使用 TensorFlow Serving ...

企业中的推荐系统包括哪几个部分

随着互联网的发展和人工智能的进步,各个厂家都开始针对性的向用户推荐自己的内容,这些内容包括了文章、视....
发表于 2021-09-24 14:49? 152次阅读
企业中的推荐系统包括哪几个部分

亮相2021全球智博会,Ruff南潮物联助力物联...

作为物联网底层技术服务商,Ruff南潮物联从2015年成立起,先后发布了物联网底层操作系统Ruff ....
发表于 2021-09-24 10:04? 528次阅读
亮相2021全球智博会,Ruff南潮物联助力物联...

AI+IoT常用的专业名词有哪些?

AI+IoT常用的专业名词有哪些?
发表于 2021-09-24 08:57? 0次阅读
AI+IoT常用的专业名词有哪些?

求大神分享stc8a8k电机控制核心系统板PCB的3D图

求大神分享stc8a8k电机控制核心系统板PCB的3D图...
发表于 2021-09-24 06:26? 0次阅读
求大神分享stc8a8k电机控制核心系统板PCB的3D图

VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门(二)

ZDevelop软件可支持从本地文件中获取图像数据进行仿真调试,这次课程主要用到读取图像ZV_REA....
发表于 2021-09-23 18:35? 33次阅读
VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门(二)

VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门(三)

基于形状匹配的视觉定位应用例程
发表于 2021-09-23 18:35? 28次阅读
VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门(三)

解读数据挖掘在智慧医疗领域的应用

本项目是通过学习机器学习与人工智能、数据挖掘的理论知识,将理论运用于智慧医疗等应用探索中,从而产出高....
发表于 2021-09-23 16:34? 1502次阅读
解读数据挖掘在智慧医疗领域的应用

Qorvo扩展其BAW滤波器产品组合,以支持全球...

Qorvo QPQ3500 和 QPQ3501 BAW 滤波器支持全球对更高频率和更大带宽日益增长的....
发表于 2021-09-23 11:36? 1100次阅读
Qorvo扩展其BAW滤波器产品组合,以支持全球...

UST成功案例——打造数字IT驱动业务底座

互联网时代飞速发展,伴随着新时代的变革,云服务、大数据、人工智能这几年的快速进步与落地,越来越多的高....
发表于 2021-09-23 11:21? 886次阅读
UST成功案例——打造数字IT驱动业务底座

IP百科知识之NGFW

NGFW Next Generation Firewall(NGFW)是传统状态防火墙和统一威胁管理....
发表于 2021-09-23 11:15? 210次阅读
IP百科知识之NGFW

机器视觉加速落地千行百业

研究表明,个体学习的信息有80%来自于视觉。万物互联与人工智能时代,人类的视觉能力被移植到机器上,视....
发表于 2021-09-23 09:47? 203次阅读
机器视觉加速落地千行百业

滤波器如何提高系统设计容量和吞吐量

面对复杂的系统设计挑战,工程师们一直在努力寻求最简单的解决方案。不妨看看 U-NII 1-8、5 和....
发表于 2021-09-22 14:47? 163次阅读
滤波器如何提高系统设计容量和吞吐量

基于GMSK差分解调仿真(1)

GMSK是数字通信中一种相位连续的调制方式,可以看成在MSK的基础上进行高斯预滤波 。
发表于 2021-09-22 11:35? 1234次阅读
基于GMSK差分解调仿真(1)

为什么低通滤波器也能变成积分器?

原文来自公众号:工程师看海 在数据采集领域,RC低通滤波器是最常见的一种信号调理电路,用于抑制高频干....
发表于 2021-09-22 09:24? 2175次阅读
为什么低通滤波器也能变成积分器?

2021 Shanghai Makers 上海国...

2021 Shanghai Makers 上海国际创客大赛 “数智共创,转型共融” 你有天马行空的奇....
发表于 2021-09-18 16:36? 237次阅读
2021 Shanghai Makers 上海国...

华为助力海南人工智能计算中心、海南超算中心顺利落...

三亚崖州湾科技城管理局与华为技术有限公司(以下简称“华为”)签署战略合作协议。根据协议,双方将在人工....
发表于 2021-09-18 15:36? 1796次阅读
华为助力海南人工智能计算中心、海南超算中心顺利落...

NVIDIA RTX A6000助力乐骐科技实现...

行业、个人,乃至现代生活都离不开图像,因而图像处理成为了最常见的工具类应用之一。近年来,抠图技术的应....
发表于 2021-09-18 10:34? 367次阅读
NVIDIA RTX A6000助力乐骐科技实现...

“盘古”走向产业山峦,打开了一串AI落地的新脑洞

作为中国神话体系中最古老的神,盘古与其他创世神不同的地方,在于开天辟地之后,将自身化为承载华夏文明的....
发表于 2021-09-17 20:50? 259次阅读
“盘古”走向产业山峦,打开了一串AI落地的新脑洞

IBM携手方正通用加速推进IBM混合云和人工智能...

近年来 IBM 存储技术不断取得新突破。IBM FlashSystem 高性能闪存存储解决方案通过整....
发表于 2021-09-17 17:50? 1236次阅读
IBM携手方正通用加速推进IBM混合云和人工智能...

英飞凌300毫米薄晶圆功率半导体高科技工厂正式启...

英飞凌科技股份公司今日宣布,其位于奥地利菲拉赫的300毫米薄晶圆功率半导体芯片工厂正式启动运营。
发表于 2021-09-17 17:37? 502次阅读
英飞凌300毫米薄晶圆功率半导体高科技工厂正式启...

华为助力雁塔区打造人工智能“一中心四平台”整体框...

未来人工智能计算中心上线仪式在陕西省西安市雁塔区未来产业城启动。这是全国第二大人工智能计算中心,更是....
发表于 2021-09-17 15:39? 1068次阅读
华为助力雁塔区打造人工智能“一中心四平台”整体框...